وضع علماء الفيزياء رقما قياسيا جديدا مع أثقل قطط شرودنغر حتى الآن: ScienceAlert

بلورة متذبذبة صغيرة تزن أكثر بقليل من حبة رمل أصبحت أثقل جسم يتم تسجيله على الإطلاق في تراكب المواقع.

قام الفيزيائيون في المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا (ETH) في زيورخ بربط مرنان ميكانيكي بنوع من الدوائر فائقة التوصيل المستخدمة بشكل شائع في الحوسبة الكمومية لتكرار تجربة إروين شرودنجر الفكرية الشهيرة على نطاق غير مسبوق.

ومن المفارقات ، أن شرودنجر سيكون متشككًا إلى حد ما في أن أي شيء كبير جدًا – حسنًا ، أي شيء على الإطلاق – يمكن أن يوجد في حالة غامضة من الواقع.

حالات التراكب ليس لها مثيل في تجربتنا اليومية. شاهد انخفاض كرة القدم ، ويمكنك تتبع معدل سقوطها باستخدام ساعة توقيت. وضعية الراحة النهائية لها واضحة مثل النهار ، وحتى كيفية دورانها أثناء الطيران واضحة.

إذا أغمضت عينيك عند سقوطها ، فلا يوجد سبب للاعتقاد بأن حالات الموقع أو السلوك هذه قد تكون مختلفة. ومع ذلك ، في فيزياء الكم ، لا توجد ميزات مثل الموضع ، والدوران ، والزخم بأي طريقة ذات معنى حتى ترى الكرة تستريح على الأرض.

إلى جانب الوزن الثقيل الآخر للفيزياء النظرية ، ألبرت أينشتاين ، لم يكن شرودنغر حريصًا تمامًا على تفسيرات التجارب التي تشير إلى أن الجسيمات تفتقر إلى الخصائص الدقيقة حتى أعطتها الملاحظة واحدة.

لإظهار مدى سخافة الفكرة بأكملها ، وصف النمساوي الحائز على جائزة نوبل سيناريو حيث ارتبط موقع الجسيم غير المرصود بحياة قطة غير مرئية.

تخيل ، إذا صح التعبير ، أن جسيمًا بصق عشوائيًا من ذرة متحللة ، وضرب عداد جايجر ، مما تسبب في تحطم قنينة السم ، وقتل قطة على الفور. نظرًا لأن كل هذا يحدث داخل صندوق ، فإن الأحداث وتوقيتها تظل غير ملحوظة.

الذهاب بما يعرف باسم تفسير كوبنهاغن في فيزياء الكم ، فإن النظام غير المرئي موجود في حالة من جميع الاحتمالات حتى يتم ملاحظة حالته النهائية. الجسيم منبعث وغير منبعث. عداد جيجر مفعل وغير مفعل. قنينة السم محطمة ولم تتحطم. والقط على قيد الحياة ومات.

يكاد يكون من المستحيل تصور هذا التمويه المميت ولكن يتم تمثيله بسهولة في معادلة شبيهة بالموجة من ابتكار شرودنجر.

بعد مرور ما يقرب من قرن من الزمان ، لم تعد قط شرودنجر مزحة. لقد لوحظ ليس فقط في جزيئات صغيرة ولكن في جزيئات كاملة (ناهيك عن مجموعات من آلاف الذرات). يمكننا التلاعب بالصندوق لضمان عدم موت القطة أبدًا. يمكننا حتى العبث بالإعداد لفصل القطة عن بعضها. في الواقع ، تم تأسيس تقنيات كاملة على نفس مبادئ الأشياء في حالات التراكب.

على الرغم من عدم تعرض قطط فعلية للتهديد من قبل تجربة كمومية – لأن الأخلاق ، كما تعلمون – تظل النظرية واضحة. يمكن للأجسام الكبيرة مثل القطط ، أو في الواقع ، البشر ، أو الأفيال ، أو حتى الديناصورات ، أن توجد في حالات تراكب بنفس طريقة الإلكترونات ، والكواركات ، والفوتونات.

لا تترك الرياضيات مجالًا للشك ، إلا أن ملاحظة آثار مثل هذا الوجود الضبابي على نطاق واسع هي قصة أخرى تمامًا.

على المستوى الذري ، يمكن رؤية مسحة من المصائر غير المحققة باستخدام معدات بدائية إلى حد ما. مع نمو خصائص الأشياء ، يصبح من الصعب استنباط بصمات التراكب بشكل تجريبي.

في هذه التجربة الأخيرة ، مرنان الموجات الصوتية ذات النغمة العالية ، أو هبار، بمثابة قطة 16.2 ميكروجرام. ما يفتقر إليه في الشوارب ونفث السمك ، يعوضه في حقيقة أنه يمكن أن يصدر صوت طنين عبر نطاق قصير من الترددات عند تشغيله بواسطة تيار.

“من خلال وضع حالتين من التذبذب في البلورة في تراكب ، فقد أنشأنا بشكل فعال قطة شرودنغر تزن 16 ميكروغرامًا ،” يقول مؤلف رئيسي وعالم فيزياء ETH في زيورخ ييوين تشو.

بالنسبة لأدوار الذرة المشعة وعداد جيجر والسم ، استخدم الفريق أ الإرسال، دائرة فائقة التوصيل كانت بمثابة مصدر طاقة التجربة ، والحساس ، والتراكب.

سمح ربط الاثنين معًا للباحثين بضبط HBAR في الحركة بحيث ترتجف اهتزازاته على مرحلتين في وقت واحد ، وهي ظاهرة عادت إلى الإرسال.

كيف يمكن أن تذهب التجارب المستقبلية الكبيرة هو سؤال مفتوح. من الناحية العملية ، قد يؤدي دفع حدود الحجم على التراكب إلى طرق جديدة لجعل تكنولوجيا الكم أكثر قوة أو تشكل أساسًا لأدوات أكثر حساسية لدراسة المادة والكون.

في الأساس ، لا تزال هناك أسئلة حول معنى أن تكون المادة في حالة تراكب على الإطلاق. على الرغم من عقود من التقدم في جعل ميكانيكا الكم أكثر دقة ، هناك لا يزال غير واضح لماذا يجب أن يحدث فتح الصندوق أي فرق في مصير قطة شرودنغر.

ما يعنيه تحويل ربما إلى حقيقة يظل لغزًا في فيزياء الجسيمات مثلما كان عندما حلم شرودنجر بفكرته غير المعقولة عن قطة لا ينبغي أن تكون كذلك.

تم نشر هذا البحث في علوم.